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Hallo,

folgendes Problem:

Ein Stahlkörper steht unter Innendruck. Dessen Volumen wird nun durch eine zyklisch wirkende Kraft abwechselnd vergrößert und verkleinert. Durch die Volumenänderung dürfte der Innendruck schwanken. Der Stahlkörper ist mit Wasser gefüllt. Der Stahlkörper und das Wasser haben Raumtemperatur.

folgende Frage:

Kann ich die Druckschwankung durch Volumenänderung des Stahlkörpers verringern, in dem ich einen mit Stickstoff gefüllten Blasenspeicher anschließe? Welches Volumen müsste der Blasenspeicher in Relation zum Stahlkörper haben(Formel?)? Wie müsste ich den Blasenspeicher anschließen? Wie sollte man den Blasenspeicher vorspannen(ich lese überall was von halbem Systemdruck?)?

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Es geht um einen Abschnitt eines Rohrleitungssystems, der hin und her schwingt, wodurch sich Rohrbogen biegen und Ovalisieren. Der Abschnitt ist dicht, aber durch die Verformung des gesamten Rohrleitungssystems wird er zusammengedrückt und auseinandergezogen. Die Volumenänderung ist sehr gering, da die Verformung gering ist.

Zitat:

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Wasser ist miserabel komprimierbar. Du kannst es unter Druck setzten, aber es wird sein Volumen nur marginal ändern. Wenn du in einem geschlossenen, mit Wasser befüllten Behälter das Volumen änderst, steigt der Druck so lange, bis du das Metall verformst. (Ich denke das ist letztlich eine Funktion vom e-modul) Ein Modell dafür wäre ein mit Wasser gefüllter Luftballon.

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Mit Volumen-ändern meine ich, dass sich das Metall verformt. Die Menge an Wasser soll konstant sein. Alles findet bei Raumtemperatur statt. Durch die Verformungen des Metalls kommt es zu leichter Erhöhung der Temperatur. Das System ist nicht adiabat, aber ich vermute, dass man die Temperaturänderungen vernachlässigen kann.

Edit: Der Prozess soll also trotz Volumenänderung möglichst isobar bleiben, wird es aber nicht sein. Wenn sich das Metall aufgrund der zyklischen Last verformt, schwankt der Druck.Meines Wissens nach kann man das durch angehängte Blasenspeicher verbessern, da diese sich nicht verformen, und sich somit die Prozentuale Volumenänderung verringern lässt? Hier suche ich noch ein gutes Skript(o.ähnliches) zur Auslegung.

[Diese Nachricht wurde von Vegas125 am 19. Okt. 2012 editiert.]

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Ok, jetzt ist die Anfrage klarer. 

Grüße Günter

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Zitat:

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Original erstellt von Vegas125:
Ein Stahlkörper steht unter Innendruck. Dessen Volumen wird nun durch eine zyklisch wirkende Kraft abwechselnd vergrößert und verkleinert. Durch die Volumenänderung dürfte der Innendruck schwanken.

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Der Theorie nach eigentlich nicht. Wenn z.B. ein Rohr unter entlang der Rotationsachse mit einer Druckkraft beaufschlagt wird, wird es sich zwar verkürzen, aber auch ausbeulen. Wird das gleiche Rohr mit einer Zugkraft belastet wird es länger, schnürt aber auch ein. in beiden Fällen bleibt das eingeschlossene Volumen konstant. Soweit die Theorie...

Zitat:

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Original erstellt von Vegas125:
Kann ich die Druckschwankung durch Volumenänderung des Stahlkörpers verringern, in dem ich einen mit Stickstoff gefüllten Blasenspeicher anschließe?

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Wenn das System Stahlkörper + Blasenspeicher ein abgeschlossenes System ist, ja.

Zitat:

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Original erstellt von Vegas125:
Welches Volumen müsste der Blasenspeicher in Relation zum Stahlkörper haben(Formel?)

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Ich glaube das spielt keine Rolle. Relevant ist das durch die Verformung des Stahlkörpers verdrängte Volumen. Dieses muss ja im Blasenspeicher kompensiert werden.

Zitat:

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Original erstellt von Vegas125:
Wie müsste ich den Blasenspeicher anschließen?

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Am besten so das ein abgeschlossenes System aus Stahlkörper und Blasenspeicher entsteht.

Zitat:

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Original erstellt von Vegas125:
Wie sollte man den Blasenspeicher vorspannen(ich lese überall was von halbem Systemdruck?)?

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- In deinem Stahlkörper herrscht ein statischer Druck => Systemdruck
- Dem Sytemdruck wird bei Verformung eine Druckspitze überlagert.
- Systemdruck + Druckspitze dürfen sehr wahrscheinlich ein bestimmtes Niveau nicht überschreiten.
- D.h. der Blasenspeicher muss mindestens soviel Innendruck haben das er durch den Systemdruck nicht geflutet wird und maximal soviel das er bei auftreten der Druckspitze diese soweit reduziert das der zulässige Druck nicht überschritten wird. Der Innendruck hängt von dem Verhältnis des im Stahlkörper verdrängten Volumen vs. dem Blasenspeicher Volumen ab.

Ein Skript dazu habe ich nicht gefunden aber dieser Link ist schon mal nützlich.

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MfG Alexander

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Stickstiff und Blasenspeicher sind bei Hydrauliköl üblich.

Der Stickstoff, weil er nicht gleich brennt und die Blase soll das Schäumen des Öls verhindern.

Bei Wasser reicht auch ein Druckbehälter ohne Blase und Luft.

Es kann aber sein, daß der Druckbehälter rostet.

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Klaus

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Es werden aber auch bei Wasser, z.B. in der allgegenwärtigen Haustechnik Stickstoff und Gummimembran verwendet. Membran, um unnötige Diffusion des Druckgases in das Wasser zu vermeiden und v.a. auch um lageunabhängig zu werden, und (trockenen!) Stickstoff, um Korrosion durch Luftsauerstoff und Luftfeuchte zu vermeiden.

Der halbe Systemdruck (absolut!) ist eine empfohlene Vorfüllung, wenn die Membran ganz bei "leer" anliegt. Bei Systemdruck ist die Memran dann genau bei "halbvoll" und hat somit schön Spielraum in beide Richtungen.

Sauerstoff oder auch Luft brennen übrigens überhaupt nicht. 

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Roland  
www.Das-Entwicklungsbuero.de

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" Sauerstoff oder auch Luft brennen übrigens überhaupt nicht "

Nimmst Du immer alles so wissenschaftlich genau ?

Daß ich weiß wie man zündelt mußt Du mir schon lassen.

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Klaus

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Zitat:

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Original erstellt von N.Lesch:
Nimmst Du immer alles so wissenschaftlich genau?

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Ja. 

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Roland  
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Daß Luft brennt, hatte ich gar nicht geschrieben.

Gemeint war die ganze Sache ( Öl und Luft zusammen ). 

Und die brennt auch kaum sondern geht hoch.

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Klaus

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der Blasenspeicher ist für den 3fachen Systemdruck zugelassen.

-Der halbe Systemdruck (absolut!) ist eine empfohlene Vorfüllung, wenn die Membran ganz bei "leer" anliegt. Bei Systemdruck ist die Memran dann genau bei "halbvoll" und hat somit schön Spielraum in beide Richtungen.

Ergo: V = (p0*V0)/p
V0 = 0.75 l, p0 = 40 bar (Vorfüllung, halber Systemdruck), p = 80 bar (Systemdruck)
=> V = 0.375 = 0.5 V0

Was mir noch nicht so klar ist: wenn das System ein Gesamtvolumen von 6l hat und das Volumen des Gesamtsystems beispielsweise um 10% sinken würde und somit 0.6l Wasser verdrängt werden wollen, was passiert dann mit den 0.375l Volumen in der Membran?

Drücken sich die 0.6l Wasser einfach in den Blasenspeicher rein und der schlägt an seine Decke an, oder wie wird das neue Volumen berechnet? Wie ergibt sich der neue Systemdruck mit dem verringerten Volumen im Stahlkörper? P1*V1=P2*V2 gilt doch nur für ideale Gase. Für Wasser habe ich folgenden Zusammenhang gefunden:

K = -V *dp/dV , aber wenn das Wasser einfach aus dem Stahlkörper raus und in den Blasenspeicher reinströmt, dann wird das Wasser ja nicht so komprimiert, wie wenn es den Blasenspeicher nicht geben würde.

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Zitat:

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Original erstellt von Vegas125:
...was passiert dann mit den 0.375l Volumen in der Membran?

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Die reichen dann nicht! 

Das Wasser wird vergleichsweise gar nicht komprimiert, sondern das Druckgas wird komprimiert, der Druck steigt immer weiter, invers zum Restvolumen, und dann MUSS, deutlich BEVOR der zugelassene Druck des Blasenspeichers (oder des sonstigen schwächsten Elementes im Druckstrang) erreicht ist, ein SICHERHEITSVENTIL öffnen!

So allmählich scheint mir, Du solltest von so was lieber gänzlich die Finger davon lassen! 

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Roland  
www.Das-Entwicklungsbuero.de

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Zitat:

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Original erstellt von Doc Snyder:
Die reichen dann nicht!  

Das Wasser wird vergleichsweise gar nicht komprimiert, sondern das Druckgas wird komprimiert, der Druck steigt immer weiter, invers zum Restvolumen, und dann MUSS, deutlich BEVOR der zugelassene Druck des Blasenspeichers (oder des sonstigen schwächsten Elementes im Druckstrang) erreicht ist, ein SICHERHEITSVENTIL öffnen!

So allmählich scheint mir, Du solltest von so was lieber gänzlich die Finger davon lassen!  

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Du erzählst mir nichts neues. Ich schaue nur nach Bestätigung in der Hinsicht. Also kann man sagen, der Blasenspeicher sollte ein Volumen haben, das so groß ist, dass es die Veränderung des Volumens des Stahlkörpers locker fassen kann.

Wie wirkt sich der angeschlossene Blasenspeicher mit dem Gas in der Blase auf die Wirkung des austretenden Wasserstrahls bei plötzlichem Versagen des Stahlkörpers aus? Da habe ich bisher nur Faustformeln.

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...nichts Neues.
Denn ist ja gut. Nicht böse sein, aber Druckbehälter und Internet und Fachfragen - das muss man vorsichtig sein.

"...der Blasenspeicher sollte ein Volumen haben, das so groß ist, dass es die Veränderung des Volumens des Stahlkörpers locker fassen kann."
Ja!

"...bei plötzlichem Versagen des Stahlkörpers..."
... ist die frei werdende Engergie um das Maß größer, das in dem Gaspolster gespeichert ist (Integral p dV). Das kann man aber durch eine Drossel in der Verbindungsleitung entschärfen. Die kann um so enger eingestellt sein, je langsamer die abzufangenden Volumenänderungen erfolgen.

Der Blasenspeicher selber ist natürlich auch brisant, und zwar schon im Lieferzustand, aber demenstprechend ist er ja auch gestaltet.

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Roland  
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Ich versuche nur ein besseres Verständnis dafür zu entwickeln, wie die einzelnen Komponenten zusammenwirken. Wie bekommt man das auf eine mathematischere Ebene zur Auslegung der Drossel? Man müsste das Volumen kennen, und die Frequenz, und sich dann die daraus resultierende Durchflussgeschwindigkeit errechnen..

http://www.maschinenbau-wissen.de/skript/fluidtechnik/hydraulik/73-drossel

Wie kommt man rechnerisch darauf, wie breit die Drossel mindestens sein muss um eine Dämpfung einer Volumenänderung von +-X, die mit einer Frequenz von Y auftritt zuzulassen, aber einen Austritt bei Bersten des Stahlkörpers zu bremsen?

Zitat:

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Original erstellt von Doc Snyder:
"...bei plötzlichem Versagen des Stahlkörpers..."
... ist die frei werdende Engergie um das Maß größer, das in dem Gaspolster gespeichert ist (Integral p dV). Das kann man aber durch eine Drossel in der Verbindungsleitung entschärfen. Die kann um so enger eingestellt sein, je langsamer die abzufangenden Volumenänderungen erfolgen.

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Unterscheidet sich ein solches System in der Wirkung beim plötzlichen Versagen des Stahlkörpers, gegenüber einem System, mit dem gleichen Volumen, in dem aber nur Wasser enthalten ist, also kein Blasenspeicher im Gas? Ich meine weniger im Sinne einer gespeicherten Energie, als in der Austrittsgeschwindigkeit und im Zeitverlauf des Drucks, den der austretende Wasserstrahl hat.

[Diese Nachricht wurde von Vegas125 am 26. Okt. 2012 editiert.]

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Zitat:

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Original erstellt von Vegas125:
...wie die einzelnen Komponenten zusammenwirken...
... mathematischere Ebene zur Auslegung der Drossel...
...resultierende Durchflussgeschwindigkeit errechnen...
...skript/fluidtechnik/hydraulik/73-drossel...
... Volumenänderung von +-X, die mit einer Frequenz von Y auftritt...
... Austrittsgeschwindigkeit ...
... Zeitverlauf des Drucks ...

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Hm. Tja. Wie soll ich es sagen?

Das sind alles verständliche und sinnvolle Fragen, aber so allmählich sind die Grenzen dessen überschritten, was Du (zumindest von mir) im Internet erwarten darfst. Ich kann, darf, will und werde hier nicht kostenlos die Beratung, Unterstützung und Gegenprüfung bei Deiner Berechnungsaufgabe übernehmen.

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Roland  
www.Das-Entwicklungsbuero.de

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